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CN102417188A | 2012-04-18 | |||
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深圳市科吉华烽知识产权事务所 (CN)
权利要求书 1. 一种过渡金属硼化物的制备工艺, 其特征在于: 包括如下步骤: A) 将铝放入反应器中, 抽真空后通入惰性气体, 升温至 700~800°C, 往反 应器中加入干燥的氟硼酸钾或氟硼酸钠, 快速搅拌, 反应 4~6h, 生成单 质硼和冰晶石, 将上层熔融的液体抽出, 分离得到单质硼; B) 往得到的单质硼中加入过渡金属, 在 1800~2200°C条件下反应 0.5~2h生 成相应的过渡金属硼化物。 2. 根据权利要求 1所述的过渡金属硼化物的制备工艺, 其特征在于: 所述过渡 金属选自钛、 锆、 铬或钒。 3. 根据权利要求 1所述的过渡金属硼化物的制备工艺, 其特征在于: 所述惰性 气体为氩气。 4. 根据权利要求 1至 3中任一项所述的过渡金属硼化物的制备工艺制备的过渡 金属硼化物在制备用于低温铝电解槽阴极涂层材料中的应用。 5. 根据权利要求 1至 3中任一项所述的过渡金属硼化物的制备工艺制备的过渡 金属硼化物在制备用于低温铝电解槽惰性阳极材料中的应用。 |
本发明涉及过渡金属硼化物,尤其涉及过渡金 属硼化物的制备工艺及其应用。 背景技术
目前铝电解工业仍采用传统的 Hall-Heroult法,电解质一直以冰晶石-氧化铝 为基本体系,现行的预焙阳极电解槽主要采用 碳素阴极。碳素阴极对铝液不润湿, 且会受到冰晶石的长期腐蚀, 为延长电解槽的使用寿命, 往往需要在碳素阴极表 面涂覆惰性涂层。过渡金属硼化物对铝液具有 良好的润湿性,且耐冰晶石的腐蚀, 因此过渡金属硼化物非常适用于碳素阴极表面 涂层。 同时, 过渡金属硼化物由于 对铝液具有良好的润湿性,耐冰晶石的腐蚀, 且兼备优良的导电性和抗热冲击性, 可用于制备惰性阳极材料。 由于硼化钛等过渡金属硼化物价格昂贵, 目前难以实 现其在制备碳素阴极表面涂层材料和惰性阳极 材料中的广泛应用。
现有的过渡金属硼化物工业生产主要是由钛、 锆、铬或钒和单质硼在高温下 直接反应而得。由于单质硼的工业生产得率不 高 (往往低于 90%)且生产成本高, 单质硼的价格昂贵导致了过渡金属硼化物的价 格昂贵,从而限制了过渡金属硼化 物的大规模工业生产。 发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题,发明人在 过渡金属硼化物及其生产原料 的制备方面进行了大量的探索,预料不到地发 现,以氟硼酸钾或氟硼酸钠为原料, 采用热化学还原的方法生产单质硼,再以单质 硼和过渡金属为原料生产相应的过 渡金属硼化物, 具有制备工艺简单, 产物得率高, 产物性能好的优点, 从而降低 了过渡金属硼化物的综合生产成本。
本发明提供一种过渡金属硼化物的制备工艺, 包括如下步骤:
A) 将铝放入反应器中, 抽真空后通入惰性气体, 升温至 700~800°C, 往反应器 中加入干燥的氟硼酸钾或氟硼酸钠, 快速搅拌, 反应 4~6h, 生成单质硼和冰 晶石, 将上层熔融的液体抽出, 分离得到单质硼; 涉及的化学反应式为: KBF 4 +A1 = B+KF A1F 3 , NaBF 4 +Al = B+NaF AlF 3 ;
B) 往得到的单质硼中加入过渡金属硼化物, 在 1800~2500°C条件下反应 0.5~2h 生成相应的过渡金属硼化物。
采用上述技术方案,本发明提供的过渡金属硼 化物的制备工艺具有工艺简单, 反应周期短, 产物得率高, 产物性能好的优点, 从而降低了过渡金属硼化物的综 合生产成本, 可实现大规模工业生产。
作为本发明的进一步改进, 所述过渡金属选自钛、 锆、 铬或钒, 涉及的化学 反应式为: Ti+2B= TiB 2 , Zr+2B= ZrB 2 , Cr +2B= CrB 2 , V+2B= VB 2 。
作为本发明的进一步改进, 所述惰性气体为氩气。
本发明还提供所述的过渡金属硼化物的制备方 法制备的过渡金属硼化物在 制备预焙阳极电解槽阴极涂层中的应用。采用 本发明制备的过渡金属硼化物(包 括硼化钛、硼化锆、硼化铬和硼化钒)导电性 能和机械强度好, 对铝液具有良好 的润湿性, 且耐冰晶石的腐蚀, 将得到的硼化钛与碳素材料熔融, 捣固到碳素阴 极表面, 经烧结后形成铝电解用惰性阴极涂层材料。
本发明还提供所述的过渡金属硼化物的制备方 法制备的过渡金属硼化物在 制备预焙阳极电解槽惰性阳极材料中的应用。 本发明制备的过渡金属硼化物具有 导电性能好、抗腐蚀和抗冲击能力强等优点, 将得到的硼化钛与碳素材料混合均 匀后, 高压成型, 经高温烧结后形成铝电解用惰性阳极材料。
与现有技术相比,本发明的有益效果是: 本发明提供的过渡金属硼化物的制 备具有制备工艺简单, 反应周期短, 可提高单质硼的生产效率和得率, 产物性能 好,降低了过渡金属硼化物的综合生产成本, 经济效益好,实现大规模工业生产; 本发明制备的过渡金属硼化物对铝液具有良好 的润湿性, 且耐冰晶石的腐蚀, 可 广泛应用于预焙阳极电解槽碳素阴极表面涂层 以及惰性阳极材料的制备。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说 明。
实施例一
称取 2吨铝置于反应器中, 抽真空后通入氩气保护, 升温至 750°C, 按反应 比例往反应器中加入干燥的氟硼酸钾, 快速搅拌, 反应 5h, 生成单质硼和冰晶 石, 经现有的常规分离方法分离后得到单质硼, 干燥后称重为 0.78 吨, 产率达 到 95%以上;将得到的单质硼置于另一反应器中, 按反应比例往该反应器中加入 钛粉, 升温至 2000°C, 反应 lh后反应完全, 生成硼化钛。 实施例二
称取 2吨铝置于反应器中, 抽真空后通入氩气保护, 升温至 750°C, 按反应 比例往反应器中加入干燥的氟硼酸钠, 快速搅拌, 反应 5h, 生成单质硼和冰晶 石, 经现有的常规分离方法分离后得到单质硼, 干燥后称重为 0.79吨, 产率达 到 95%以上;将得到的单质硼置于另一反应器中, 按反应比例往该反应器中加入 钛粉, 升温至 2000°C, 反应 l h后反应完全, 生成硼化钛。
实施例三
称取 2吨铝置于反应器中, 抽真空后通入氩气保护, 升温至 750°C, 按反应 比例往反应器中加入干燥的氟硼酸钠, 快速搅拌, 反应 5h, 生成单质硼和冰晶 石, 经现有的常规分离方法分离后得到单质硼, 干燥后称重为 0.79吨, 产率达 到 95%以上;将得到的单质硼置于另一反应器中, 按反应比例往该反应器中加入 锆粉, 升温至 2100°C, 反应 l h后反应完全, 生成硼化锆。
实施例四
称取 2吨铝置于反应器中, 抽真空后通入氩气保护, 升温至 750°C, 按反应 比例往反应器中加入干燥的氟硼酸钠, 快速搅拌, 反应 5h, 生成单质硼和冰晶 石, 经现有的常规分离方法分离后得到单质硼, 干燥后称重为 0.79吨, 产率达 到 95%以上;将得到的单质硼置于另一反应器中, 按反应比例往该反应器中加入 铬粉, 升温至 2000°C, 反应 0.5 h后反应完全, 生成硼化铬。
实施例五
称取 2吨铝置于反应器中, 抽真空后通入氩气保护, 升温至 750°C, 按反应 比例往反应器中加入干燥的氟硼酸钠, 快速搅拌, 反应 5h, 生成单质硼和冰晶 石, 经现有的常规分离方法分离后得到单质硼, 干燥后称重为 0.79吨, 产率达 到 95%以上;将得到的单质硼置于另一反应器中, 按反应比例往该反应器中加入 钒粉, 升温至 2000°C, 反应 l h后反应完全, 生成硼化钒。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明 所作的进一步详细说明,不能 认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对 于本发明所属技术领域的普通技术 人员来说, 在不脱离本发明构思的前提下, 还可以做出若干简单推演或替换, 都 应当视为属于本发明的保护范围。